搜索
USB接口中的秘密——为您提供最真实的数据研究时间：2015.5.30——2015.6.9作者学校：浙江省普陀中学作者班级：高一（2）班小组成员：童卓路（组长兼执笔）蔡苗君顾依琳指导老师:柯林【摘要】随着计算机硬件飞速发展，外围设备日益增多，电脑，手机，早已为人所共知、MP3随身听接踵而至，这么多的设备，如何接入个人计算机？USB就是基于这个目的产生的。然而，在平时的生活中，有时我们会发现手机通过USB接口充电充了很久都没有充满，相同配置的电脑，数据传输速度差很多，这是为什么呢？我们猜测，这也许是USB接口电压差异导致的。于是我们围绕USB接口的电压值展开了研究，并提出了独到的见解。目的在于提供用户一份科学合理的对于USB使用的建议。（主要以USB2.0为主）【关键字】USB电压手机电脑USB接口中的秘密——为您提供最真实的数据一．研究背景与意义1.研究背景USB，是英文UniversalSerialBus（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线”，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。既然要研究USB，那么首先要做的就是了解它的构造：USB接口的输出电压和电流是：+5V500MA实际上有误差，最大不能超过+/-0.2V也就是4.8-5.2V。定义：红色-USB电源：标有—VCC、Power、5V、5VSB字样白色－USB数据线：（负）－DATA-、USBD-、PD-、USBDT-绿色－USB数据线：（正）－DATA+、USBD+、PD+、USBDT+黑色－地线：GND、GroundUSB采用在D+或D-线上增加上拉电阻的方法来识别低速和全速设备。当全速/低速设备连接以后,电流流过由集线器的下拉电阻和设备在D+/D-的上拉电阻构成的分压器。由于下拉电阻的阻值是15KΩ,上拉电阻的阻值是1.5KΩ,所以在D+/D-线上会出现大小为(VCR*15/(15+1.5))的直流高电平电压。当USB主机探测到D+/D-线的电压已经接近高电平,而其它的线保持接地时,它就知道全速/低速设备已经连接了。2.研究意义在我们的认知中，USB只不过是一个用于手机充电，用于U盘和电脑之间数据传输的媒介，再普通不过。而就是USB让我们欢喜让我们忧：你是否有手机原装充电器丢失而混搭充电的习惯？你是否为电脑传输数据太慢而烦恼？相同的USB外围设备哪一种更好？为此我们课题组选择了这个被很多人忽略的研究领域，希望解开USB接口中的秘密。从而为国内用户提供一份具有较高参考价值的研究报告，增加人们对USB的认知，改正日常生活中对USB设备的不正确操作，为人们提供USB设备的购买建议。二．研究过程与方法1.研究方法：此次研究报告采用文献查阅，USB电压实际测量相结合的方法。测量电压我们采用了最常见的电压测量器，如下图所示：该测量器操作简单，但测量过程中我们发现，其功能有局限性，如果测电脑后置电压时很麻烦，而且只能测出USB2.0的插口。所以我们研究小组急中生智，自助制作了功能更强大的电压测量器，原理很简单，我们改装万能表，使其正负接口连接USB的D+，D-两接口，这样就能测所有USB接口的电压了。为了提供一组更加精确的数据，我们测量了多组电脑，手机，以此来减少误差，为了使报告更具有实际意义，我们来到了欧尚超市（大型商场）,测量了各种各样的电脑，记录了多种数据。我们收集各种手机，来使报告更具说服力。2.研究过程：本研究主要分为四个阶段：阶段一：研究小组确立课题，了解研究USB相关知识，通过权威网站收集有关资料。阶段二：研究小组实地测量并记录同品牌，不同品牌电脑和手机的USB电压值。阶段三：研究小组讨论研究数据，分析整理资料。阶段四：撰写课题报告，总结课题成果。四．研究成果展示：【电脑篇】我们对学校两个机房的两个电脑教室进行测量：电脑序号（清华同方）USB型号机箱前置USB接口电压值平均值1USB2.05.09V5.08V2USB2.05.11V3USB2.05.06V4USB2.05.10V5USB2.05.08V6USB2.05.08V7USB2.05.08V8USB2.05.09V9USB2.05.07V10USB2.05.04V(教室一）电脑序号（方正）USB型号机箱前置USB接口电压值平均值1USB2.05.04V5.071V2USB2.05.06V3USB2.05.07V4USB2.05.09V5USB2.05.07V6USB2.05.06V7USB2.05.10V8USB2.05.07V9USB2.05.08V10USB2.05.06V（教室二）通过测量我们发现相同品牌电脑个体之间USB电压值，不同品牌电脑之间USB电压都存在差异。通过资料我们了解到，电脑本身读书性以及USB配置有关，内存卡级别，移动设备读数能力这三个因素都会影响电脑与移动设备的数据传输速度，那么同时满足以上条件，USB电压差值会影响数据传输速度么？我们又开始了探究：我们选用同一机房的两台电压值差最大的电脑，用同一个U盘传输数据，得到结果如下：序号品牌文件大小USB电压值时间1Founder方正FG981—wt35.5MB5.04V8.78s75.10V6.85s55.07V6.53s通过测量我们发现相同电脑之间数据传输存在差异，但相差不大（手表测量存在不可避免的误差），越接近此品牌平均USB电压的电脑传输速率稍快。（Founder方正电脑USB电压电压值测量现场）我们对市场上的电脑进行了普遍调查，得到以下数据：电脑型号USB型号USB电压值天龙A3USB2.05.10V华硕台式机USB2.05.05V联想H5005USB2.04.98V清华同方S300USB2.05.04V宏碁1600x（G161024）USB2.05.14VIntel四核J1900USB2.05.01V华硕GT730USB2.05.06VAMDA105800KUSB2.05.02V此后我们又对笔记本电脑进行测量数据如下：电脑的型号USB型号电脑USB接口电压值戴尔InspironN4050USB2.05.08V华硕W50JK470USB2.04.99V联想G460USB2.05.06V东芝K21USB2.05.04V戴尔simpchn672USB2.05.13V神舟A470P-i3USB2.05.00V联想T410USB2.05.08V惠普4416sUSB2.05.09VMacBookAirUSB2.05.10V【手机篇】USB对于手机用户来说，最主要的功能就是充电了，那么USB电压的高低对手机充电速度有影响么？我们开始探索：我们选用的是“长虹H5018”作为测试对象：原装充电器（4.98V）：旅游充电器（5.46V）：我们对一些手机进行了测试：手机型号USB型号(前）USB型号（后）电压值长虹H5018USB2.0Micro-B4.98VNOKIAAC-6C5.11VZIT中兴STC-A22O50USBA5.02VVIVO-BK01064.96VHTC-TCU2505.13V旅游充电器GX-05005005.46V手机型号充电器USB电压开始时间结束时间充电时长手机温度长虹H5018原装充电器4.98V09:0911:132小时4分26℃旅游充电器5.46V10:3413:102小时36分34℃五．数据分析从以上数据分析，我们得到以下结论：1.USB电压并不是影响电脑数据传输的主要原因。2.电脑的USB电压都在正常范围值以内，但真正达到标准值的很少，有些有很大偏差。3.USB电压影响手机充电时间，电压越高，充电时间越长，手机温度越高。4.部分手机充电器USB电压严重超标，存在严重的安全隐患。5.可以购买联想，Inter,AMD，神州等品牌的电脑。6.长虹，中兴等手机可以优先选择。六．研究反思与讨论通过本次研究性学习，我们知道了USB的很多秘密，小小的USB接口竟有如此多的学问，也填充了我们这块知识的空白。虽然我们不可能随时随地给身边的USB接口测电压，不可能如此在意USB的细节，但是我们可以改变我们日常生活中的坏习惯，使我们的生活更有保障。针对广大用户，我们提出以下建议：第一：养成一只手机一只充电器的习惯，尽量避免手机充电器混搭这种情况。第二：如果原充电器遗漏，不得不使用其他的适配器，一定要看清楚它的输入输出电压与你的手机是否匹配，如果长期差压混搭，会造成手机发烫，手机电板寿命减少，屏幕乱跳等，甚至存在安全隐患。第三：研究中我们发现电脑手机的USB电压值会随使用时间的增长而偏离标准，所以建议电脑手机超过使用期限过，请及时更换。第四：在家中配备一只万能表，可以对其进行自主改装，这样就可以测电压，电流，电阻，十分方便，也增加了安全性。